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解决变压器信号远程传输难题采用PLC通讯是否可行?

2021-5-1 13:50:59      点击:

在某电厂110kV变压器改造过程中,针对变压器现场信号多、与后台传输距离远等特点,保定天威集团特变电气有限公司的研究人员许金红,在2021年第1期《电气技术》上撰文,提出并采用通过可编程逻辑控制器将变压器二次开关量信号、模拟量信号转化成数字信号再经由光纤通信传到远方后台的方法,成功解决了实际困难。


在某电厂110kV变压器改造过程中,二次信号的远程传输中发现3个难题:①新增的变压器本体二次信号较之前增加很多,增设电力电缆困难;②变压器与后台测控系统的传输距离较远(800m),干扰源较多,模拟量信号衰减大,容易失真;③后台系统沿用以前老式的监控系统,必须考虑新变压器与老式后台系统的兼容问题。


乐发v11 考虑到以上几点,本文中提出对变压器本体二次信号采用可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)转化成数字信号,并更换为通过光纤传输数字量,由光纤传输到达监控室之后再将数字信号转化成模拟量和开关量,实现与后台系统的对接。该项目具有节省成本和安全可靠的优点。


1  系统组成及原理


1)变压器信号采集量


本项目中从变压器本体采集并需输送的信号包含光纤测温信号5路,全部为4~20mA模拟量;油温、油位、瓦斯报警、光纤报警开关量信号15路和1路PT100温度远传信号。采集到的信号传输到控制室后,15路开关量和5路模拟量仍保留不变,传至后台的1路PT100经转化为4~20mA模拟量后接入监控系统。


乐发v11 2)硬件组成


硬件设备由PLC及其扩展模块、光电交换机、单模光纤等组成。


根据设备采集及输出的开关和模拟量数量,项目中采用两台西门子ST40型CPU模块、一个EM AI08模拟量输入模块、两个EM AQ04模拟量输出模块,一个EM AR02热电阻模块,完成模数转换和通信功能。


乐发v11 其中一台PLC放置在变压器端控箱内,用来将本体的二次开关量和模拟量转化为数字信号,另一台置于控制室,用于将数字信号转换回开关量和模拟量。光电交换机采用工业级MIENI1203型,用来将PLC转化的数字电信号转成光信号或将光信号转化回电信号。


乐发v11 3)工作原理


本系统主要工作过程是通过以下途径实现的:PLC作为主要数据采集和模数转化元件,首先将采集到的测控信号通过PLC转化成数字量,再经光纤交换机把电信号转换成光信号传输出去;在后台通过另一台光电交换机接收光信号,并通过后台的光电交换机接收后由后台PLC把信号转换回模拟量和开关量,两台PLC通过以太网、光纤网络组建网络通信,通过以太网协议实现两台之间的信息发送和接收。系统组成框图如图1所示。




2  软件编程测试


乐发v11 西门子S7-200 SMART CPU提供一个以太网端口,因此两台PLC可以方便地通过以太网口连接至光纤设备实现信息交换。本项目以太网通信协议采用TCP通信协议。TCP是一个因特网核心协议,在以太网通信的主机上运行的应用程序之间,TCP提供了可靠、有序并能够进行错误校验的消息交互功能。TCP能保证接收和发送的所有字节内容和顺序完全相同。


对S7-200 SMART之间的TCP通信,双方通过调用开放式用户通信指令库中的指令即可实现。


2.1  变压器端PLC编程


1)设置变压器端PLC IP地址


将变压器端PLC地址设置为192.168.0.101,如图2所示。




2)建立变压器端PLC TCP连接


乐发v11 调用指令库中的TCP_CONNECT指令建立TCP连接,参数设置如图3所示。设置连接后台PLC地址为192.168.0.102,远端端口为2001,本地端口为5000,连接标识ID为1。




3)调用发送数据指令


调用TCP_SEND指令发送以VB0为起始地址,数据长度为VW100内存储数据,发送到连接ID为1指定的后台端PLC。变压器端TCP_SEND指令的参数设置如图4所示。




2.2  后台端PLC编程


1)设置后台端PLC IP地址


参照图2,设置IP地址为192.168.0.102。


2)建立后台端TCP连接


参照图3,调用TCP_CONNECT指令建立TCP连接。设置变压器端地址为192.168.0.101,远端端口为5000,本地端口为2001,连接标识ID为1。


3)后台端接收数据


后台端PLC调用TCP_RECV指令接收变压器端PLC发送的数据。接收的缓冲区长度为VW100内存储数据,数据接收缓冲区以VB1000为起始。后台端接收数据指令的设置如图5所示。


2.3  数据传输测试结果


按照图2—图5进行硬件连接和测试,并对PLC编程,进行数据传输试验。在图6中,VW0是变压器端发送的开关量数据,VW50是变压器端发送的1个模拟量数据,VW100是发送的数据长度。图7中,VW1000是后台端接收的对应开关量数据,VW1050是后台端接收的对应模拟量数据,VW100是接收的数据长度。


通过变压器端PLC发送数据和后台端PLC接收数据一致性测试,数据结果显示:开关量数值完全相同;模拟量数值由于模拟量处在动态变化中以及传输的稍有滞后,结果稍有偏差,但从数值看差值很小,仅万分之三左右的误差,满足监测精度,达到了预定目标,证明方法可行。




3  结论


通过本项目的软硬件实施,验证了其数据的准确性。系统运行可靠,获得了成功。本项目具有以下几方面的显著优点:


乐发v11 1)采用PLC作为通信控制设备,软、硬件设计简单,响应迅速,运行可靠。


乐发v11 2)采用光纤/以太网通信的方式,避免了铺设大量的电力电缆,可节省大量人力、物力,从而更节材。


3)采用光纤传输的方式,传输距离长,环境适应性强。